專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用單光束激光進(jìn)行準(zhǔn)值/軸對(duì)中測(cè)量的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于利用激光進(jìn)行精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
自激光出現(xiàn)后，人們利用其優(yōu)良的高方向、高單色、高能量等性能對(duì)許多傳統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行了革命性改造。
傳統(tǒng)的機(jī)械軸對(duì)中(即調(diào)同軸)采用千分表，必須人眼讀數(shù)，手工計(jì)算；不便且費(fèi)時(shí)。經(jīng)激光對(duì)中儀取代后，可用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理，使測(cè)量過(guò)程變得簡(jiǎn)單、迅速。
現(xiàn)有的激光對(duì)中儀主要有雙光束型，其基本結(jié)構(gòu)有兩種。一種是半導(dǎo)體激光器(LD)與位敏探測(cè)器(PSD)作為一方(裝在一個(gè)盒內(nèi))，直角棱鏡作為另一方(裝在另一盒內(nèi))，分別置于待對(duì)中的兩軸上，由棱鏡將激光束返回。另一種結(jié)構(gòu)是在兩軸上各有一對(duì)LD和PSD。個(gè)別采用單光束者，則安裝了兩個(gè)位敏探測(cè)器，利用半反半透鏡將激光束一分為二。以上兩種結(jié)構(gòu)不但所用元件多，而且用途單一。
本發(fā)明的目的是提供一種采用單光束激光、一個(gè)位敏探測(cè)器PSD的上述激光對(duì)中儀，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，功能擴(kuò)大，并可兼作激光準(zhǔn)直儀，并提出了對(duì)計(jì)算機(jī)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)模型。
本儀器由半導(dǎo)體激光器LD、位敏探測(cè)器PSD及其裝卡機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)C組成(如圖l所示)。
LD發(fā)出作為直線(xiàn)基準(zhǔn)的激光束K，并照射到PSD上。PSD能夠輸出光斑的位置信號(hào)(用二維坐標(biāo)表示)；該信號(hào)由計(jì)算機(jī)C采集并處理。
該儀器作為準(zhǔn)直儀，原理比較簡(jiǎn)單；只須保持激光束的方向不變，沿激光束方向改變PSD的位置即可；關(guān)鍵是須精密調(diào)整PSD至準(zhǔn)直的位置。
作為對(duì)中儀，需要較詳細(xì)地說(shuō)明如下將LD和PSD分別安裝到待對(duì)中的兩軸上，

圖1中示出主動(dòng)軸A(1)和從動(dòng)軸B(2)。以L(fǎng)D支柱的軸線(xiàn)與從動(dòng)軸B的軸線(xiàn)之交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，作直角坐標(biāo)系O-XYZ(圖1)。X軸沿支柱軸線(xiàn)向上，Z軸沿B軸軸線(xiàn)向右，Y軸則垂直于紙面向外。設(shè)PSD支柱的軸線(xiàn)與主動(dòng)軸A的軸線(xiàn)之交點(diǎn)在該坐標(biāo)系的坐標(biāo)為x0、y0、z0，兩軸的夾角在豎直面和水平面的投影分別是φ和φ。利用本系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需同步、同向轉(zhuǎn)動(dòng)兩軸(設(shè)轉(zhuǎn)角為α)，測(cè)出光斑位置(即光點(diǎn)在PSD上的坐標(biāo))，則可計(jì)算出上述表征兩軸相對(duì)位置的參量x0、y0、θ和φ，從而按下式可求得待對(duì)中的兩機(jī)械的調(diào)整量X1＝-L1sinθ-x0，X2＝-L2sinθ-x0，Y1＝-L1cosθsinφ-y0，Y2＝-L2cosθsinφ-y0，式中X1、X2和Y1、Y2分別為垂直方向和水平方向的調(diào)整量；L1和L2如圖1所示。
光斑在PSD上位置(即坐標(biāo))的信號(hào)，送入放大器放大，由A/D板采集，最后由計(jì)算機(jī)按所給的數(shù)學(xué)模型處理。
LD和PSD的安裝、調(diào)整示意見(jiàn)圖2和圖3。LD繞支點(diǎn)3經(jīng)調(diào)節(jié)螺絲4進(jìn)行俯仰調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)螺絲5進(jìn)行偏轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)；而PSD用螺絲6進(jìn)行水平移動(dòng)和用螺絲7進(jìn)行垂直移動(dòng)。
本發(fā)明的特別是采用單光束，一個(gè)位敏探測(cè)器，激光準(zhǔn)直與激光對(duì)中合二而一。這是類(lèi)似儀器所不具備的。
由于本儀器采用單光束，且僅用一個(gè)位敏探測(cè)器，因此必須尋找新的數(shù)據(jù)處理模型。根據(jù)本儀器測(cè)量的特點(diǎn)，我們用矩陣方法進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到光斑在PSD上的坐標(biāo)與兩軸相對(duì)位置的關(guān)系X=(hcosα-x0)[sinαtanθtanφ+cosαcosθ]+(hsinα-y0)sinαcosφ,]]>Y=(hcosα-x0)[cosαtanθtanφ+sinαcosθ]+(hsinα-y0)cosαcosφ,]]>式中h為激光束到從動(dòng)軸軸線(xiàn)之間的距離，其他參量已如前述。
本發(fā)明采用單束激光、一個(gè)位敏探測(cè)器PSD，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，功能擴(kuò)大，兼作激光準(zhǔn)直儀，提出了對(duì)計(jì)算機(jī)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)學(xué)模型。
權(quán)利要求
1.一種利用單光束激光進(jìn)行準(zhǔn)直/對(duì)中測(cè)量技術(shù)，其特征是將半導(dǎo)體激光器LD和位敏探測(cè)器PSD分別安裝到待對(duì)中的兩軸上，圖1中示出主動(dòng)軸A(1)和從動(dòng)軸B(2)，以L(fǎng)D支柱的軸線(xiàn)與從動(dòng)軸B的軸線(xiàn)之交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，作直角坐標(biāo)系O-XYZ(圖1)，X軸沿支柱軸線(xiàn)向上，Z軸沿B軸軸線(xiàn)向右，Y軸則垂直于紙面向外。設(shè)PSD支柱的軸線(xiàn)與主動(dòng)軸A的軸線(xiàn)之交點(diǎn)在該坐標(biāo)系的坐標(biāo)為x0、y0、z0，兩軸的夾角在豎直面和水平面的投影分別是θ和φ，利用本系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需同步、同向轉(zhuǎn)動(dòng)兩軸(設(shè)轉(zhuǎn)角為α)，測(cè)出光斑位置(即光點(diǎn)在PSD上的坐標(biāo))，則可計(jì)算出上述表征兩軸相對(duì)位置的參量x0、y0、θ和φ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用單光束激光進(jìn)行準(zhǔn)直/對(duì)中測(cè)量技術(shù)，其特征是光斑在PSD上的坐標(biāo)與兩軸相對(duì)位置關(guān)系的數(shù)據(jù)處理模型為X=(hcosα-x0)[sinαtanθtanφ+cosαcosθ]+(hsinα-y0)sinαcosφ,]]>Y=(hcosα-x0)[cosαtanθtanφ+sinαcosθ]+(hsinα-y0)cosαcosφ]]>
全文摘要
本發(fā)明屬于利用激光進(jìn)行精密測(cè)量技術(shù)。本測(cè)量技術(shù)所提供的是利用一種采用單光束激光、一個(gè)位敏探測(cè)器的激光對(duì)中儀,并可兼作激光準(zhǔn)直儀,并提出了對(duì)計(jì)算機(jī)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)模型。
文檔編號(hào)G01B11/27GK1357744SQ0114497
公開(kāi)日2002年7月10日 申請(qǐng)日期2001年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者龔正烈 申請(qǐng)人:天津理工學(xué)院